Beach and Coastal Structure Impacts of Infragravity Waves During the Late December 2023 Swells in Southern California

نادراً ما يكون المحيط ساكناً، حتى عندما يبدو السطح هادئاً. وبينما يعتقد معظم الناس أن الأمواج هي تلك الأمواج الإيقاعية التي تحركها الرياح وتتحطم على الشاطئ، فإن البحر يحتوي أيضاً على حركة خفية وأبطأ تحت السطح. يطلق العلماء على هذه الأمواج الطويلة والمتدحرجة اسم "أمواج الجاذبية المنخفضة" (infragravity waves). وخلافاً لأمواج الرياح المألوفة التي تتكسر كل بضع ثوانٍ، يمكن لهذه الأمواج البطيئة أن تستغرق ما بين بضع دقائق إلى نصف ساعة للمرور بنقطة واحدة. وغالباً ما تكون غير مرئية للعين المجردة لأنها لا تبدو كالمياه المتكسرة؛ بل تعمل بدلاً من ذلك مثل أرضية ترتفع وتنخفض ببطء ترفع سطح المحيط بأكمله. وعندما ترسل عاصفة هائلة موجة ضخمة نحو الساحل، يمكن لهذه الأمواج البطيئة أن تُحبس في الخلجان والمرافئ، مما يؤدي إلى تراكم الطاقة مثل الماء في حوض استحمام يتم هزه. ويمكن لهذه الطاقة أن ترفع مستوى الماء فجأة إلى مستويات أعلى بكثير مما هو متوقع، مما يسمح لأمواج الرياح الأسرع والمتكسرة بالركوب فوق هذه الأرضية المرتفعة والوصول إلى مناطق بعيدة داخل اليابسة، مسببة فيضانات وتآكلاً قد تغفل عنه التوقعات القياسية.

في أواخر ديسمبر 2023، أرسلت عاصفة قوية في شمال المحيط الهادئ موجة ضخمة نحو جنوب كاليفورنيا، مما خلق حالة اختبار مثالية لفهم كيفية سلوك هذه الأمواج الخفية. وقد خرج فريق من الباحثين، يضم علماء من سلاح المهندسين بالجيش الأمريكي وجامعة جنوب كاليفورنيا، للتحقيق في سبب تسبب هذه العاصفة تحديداً في أضرار دراماتيكية وغير متوقعة على طول قناة سانتا باربرا. أرادوا معرفة ما إذا كانت الأمواج البطيئة ذات الفترات الطويلة هي المسؤولة عن تحويل عاصفة كبيرة إلى كارثة محلية. ومن خلال الجمع بين البيانات من العوامات البحرية، وأجهزة قياس المد والجزر، ولقطات الفيديو، والمحاكاة الحاسوبية التفصيلية، استطاع الفريق تجميع قصة حول كيفية انتقال الطاقة من أعماق المحيط إلى المرفأ، وتضخمها بفعل شكل الساحل، مما أدى إلى حدوث موجة مارقة مفاجئة أغرقت شارعاً وأعادت تشكيل الشاطئ.

كانت العاصفة، التي ضربت في الفترة من 28 إلى 31 ديسمبر 2023، جزءاً من نمط جوي أوسع مرتبط بظروف "النينيو". وبينما كانت الأمواج كبيرة، إلا أنها لم تكن الأكبر على الإطلاق في المحيط المفتوح قبالة سواحل كاليفورنيا. ومع ذلك، بمجرد وصول الموجة إلى الجغرافيا المعقدة لقناة سانتا باربرا، تغير الوضع. فالقناة عبارة عن حوض طويل ومنحنٍ محمي بالجزر ونقاط برية، مما يتسبب في انحناء الأمواج وانعكاسها وتركيزها في مناطق محددة. ووجد الباحثون أنه بينما كانت أمواج المحيط المفتوح كبيرة، فإن الخطر الحقيقي جاء مما حدث بعد ذلك. فبينما كانت أمواج العاصفة تدخل القناة، ولدت نبضة قوية من طاقة الجاذبية المنخفضة. ولم تصل هذه الطاقة على شكل موجة واحدة، بل كذبذبات إيقاعية مستمرة لمستوى الماء استمرت لساعات.

كان الدليل الأكثر إثارة للدهشة على هذه الظاهرة في مدينة فينتورا في صباح يوم 28 ديسمبر. ففي حوالي الساعة 10:50 صباحاً، وبالتزامن مع المد العالي، اندفعت "موجة متسللة" (sneaker wave) ضخمة فجأة فوق الشاطئ وحاجز خرساني منخفض. لم تكن هذه موجة متكسرة عادية؛ بل كانت تدفقاً مفاجئاً وقوياً للمياه غمر موقف سيارات وشارعاً مجاوراً، حيث وصل عمق المياه إلى حوالي متر واحد فوق سطح الطريق. وأظهرت فيديوهات الشهود المسجلة والمسوحات التي أجريت بعد العاصفة أن المياه اندفعت لتصل إلى ارتفاع 5.5 متراً فوق المستوى الطبيعي للمياه. وأشار الباحثون إلى أن هذا الحدث كان محلياً للغاية؛ فبينما تعرضت المنطقة الساحلية بأكملها لضربات العاصفة، تعرضت هذه البقعة تحديداً لقوة بدت غير متناسبة مع ارتفاع الموجة في عرض البحر. وقد تزامن توقيت هذا الحدث مع فترة من الطاقة المكثفة منخفضة التردد في المرفأ، مما يشير إلى أن الأمواج البطيئة قد بنت زخماً كافياً لرفع مستوى الماء، مما سمح لأمواج العاصفة بالركوب فوق الحاجز الخرساني بتأثير مدمر.

ولفهم كيفية حدوث ذلك، نظر الفريق في البيانات من أجهزة قياس المد والجزر في كل من مينائي سانتا باربرا وفينتورا. واستخدموا طريقة تفكك حركة المياه إلى سرعات مختلفة، مما كشف أن المرافئ كانت تهتز بإيقاعات طبيعية محددة. الأمر يشبه كيف يمكن لنغمة معينة أن تكسر كوباً زجاجياً، ولكن في هذه الحالة، كان المحيط يتردد صدى الأمواج البطيئة والطويلة. وأظهر التحليل أن المرافئ قامت بتضخيم الأمواج التي تتراوح فتراتها بين 16 و21 دقيقة. وعندما تطابقت طاقة العاصوة مع هذه الإيقاعات الطبيعية، بدأ مستوى الماء في المرفأ يتذبذب بكثافة متزايدة. وفي فينتورا، أدى هذا التضخم إلى خلق "نقطة ساخنة" حيث كان الماء يُدفع للأعلى باستمرار، مما مهد الطريق للموجة المتسللة.

أكد الضرر المادي على الأرض قوة هذه التفاعلات. فبعد العاصفة، مسح الباحثون الخط الساحلي ووجدوا أن الشاطئ قد تراجع بنحو 25 متراً في بعض المناطق، مع وجود جرف رملي حاد بارتفاع مترين منحوت في الكثبان الرملية. لم يكن هذا التآكل ناتجاً فقط عن تحطم أمواج الرياح؛ بل كان مدفوعاً بمستويات المياه المرتفعة المستمرة التي سببتها أمواج الجاذبية المنخفضة، والتي أبقت المياه مقابل الكثبان لفترات أطول، مما أدى لغسل الرمال التي كانت ستكون آمنة لولا ذلك. وامتد الضرر أيضاً إلى هياكل المرفأ؛ حيث تعرض حاجز الأمواج الخارجي، وهو جدار من الصخور الكبيرة مصمم لحماية المرفأ، لأضرار جسيمة. فقد تزحزحت صخور كبيرة، وأصبح ميل الهيكل شديد الانحدار بشكل خطير. ولاحظ الباحثون أنه بينما لم تقم أمواج الجاذبية المنخفضة نفسها بتحطيم الصخور، إلا أنها رفعت مستوى الماء بما يكável للسماح لأمواج العاصفة الأسرع والأصغر بضرب أجزاء من الجدار تكون عادة آمنة، مما أدى إلى تآكلها بمرور الوقت.

باستخدام نموذج حاسوبي متطور، قام الفريق بمحاكاة العاصفة لمعرفة كيفية تفاعل الأمواج مع شكل المرفأ. واختبروا أمواجاً بأطوال مختلفة لمعرفة أي منها سيسبب أكبر قدر من المشاكل. وأكد النموذج أن قناة سانتا باربرا تمتلك أنماط رنين محددة، أو ترددات طبيعية، يمكنها حبس وتضخيم الأمواج الطويلة. وعندما قاموا بمحاكاة الظروف الفعلية في 28 ديسمبر، أظهر النموذج أن الأمواج التي تبلغ فترتها حوالي 120 ثانية كانت تركز طاقتها تماماً عند موقع الموجة المتسللة. وأشارت هذه المحاكاة إلى أن الموجة المتسللة كانت نتيجة "عاصفة مثالية" من الظروف: مد عالٍ، وموجة عاصفة قوية، وإيقاع موجة طويلة محدد ومضخم ركز الطاقة على ذلك الجزء المحدد من الساحل.

كما سلطت الدراسة الضوء على أن ليس كل أجزاء الساحل تتفاعل بنفس الطريقة. فبينما شهدت قناة سانتا باربرا ظروفاً قياسية، نجت مناطق قريبة مثل خليج سانتا مونيكا من الأسوأ بفضل شكل الخط الساحلي واتجاه الأمواج التي وفرت لها الحماية. وهذا الاكتشاف أمر بالغ الأهمية للسلامة الساحلية؛ فهو يشير إلى أن الأحداث الموجية المتطرفة ليست موحدة؛ فالعاصفة التي قد تكون خطيرة في مرفأ ما، قد تكون غير ضارة في مرفأ آخر على بعد أميال قليلة فقط. وأكد الباحثون أن الاعتماد فقط على ارتفاع الأمواج في المحيط المفتوح ليس كافياً للتنبؤ بالمخاطر الساحلية. فالأمواج البطيئة ذات الفترات الطويلة يمكن أن تحول عاصفة يمكن السيطرة عليها إلى كارثة محلية عن طريق رفع مستوى الماء والسماح للأمواج بالوصول إلى مناطق أبعد داخل اليابسة مما هو متوقع.

في النهاية، تقدم هذه الأبحاث صورة أوضح لكيفية تعرض المجتمعات الساحلية لقوى لا يمكنهم رؤيتها دائماً. لقد عملت أمواج الجاذبية المنخفضة كمضخم خفي، محولةً موجة ضخمة إلى فيضان وتآكل محليين. ومن خلال تحديد الإيقاعات المحددة التي تسبب رنين المرافئ، يمكن للعلماء التنبؤ بشكل أفضل متى وأين قد تحدث هذه الظروف الخطيرة. لا يدعي هذا العمل أنه حل مشكلة تآكل السواحل، ولكنه يقدم قطعة حيوية من اللغز: فهم أن إيقاعات المحيط البطيئة والعميقة يمكن أن تكون مدمرة بقدر الأمواج المرئية المتكسرة. وبالنسبة لسكان فينتورا وغيرها من المدن الساحلية، يعني هذا أن خطط السلامة المستقبلية يجب أن تأخذ في الاعتبار هذه الأمواج ذات الفترات الطويلة، لضمان تصميم الحواجز البحرية والشواطئ لتتحمل ليس فقط ارتفاع العاصفة، بل أيضاً "الأرضية المرتفعة" الخفية للمحيط تحتها.